大兴矿-613 永久避险硐室巷道通过应力集中区支护技术分析

李士忠

（山东泉兴能源集团有限公司，山东 枣庄 277100）

1 概况

大兴煤矿煤（岩）层赋存特征：煤2 倾向西北，厚度1.70～5.10m，顶板砂岩厚度7～20m，平均厚度10m，该砂岩为灰白至灰色中细砂岩，致密坚硬，局部受构造影响岩石破碎，砂岩硬度系数f=2～4。辅助水平永久避难硐室在煤2 下部，煤3 上部,煤3倾向西北，厚度3.5m，顶板为细砂岩呈互层状厚度4m，煤2～煤3 平均间距为9～12m 左右。此巷道在在辅助水平轨道车场处,东部有辅助水平皮带巷，西部有辅助水平变电所、泵房，北部有辅助水平第二联络巷。 由于该巷道三面均有已施工完毕巷道，故成为孤岛，形成应力集中区。 由于巷道同时受岩柱几种压力和采动压力影响，其压力叠加后，一般是原岩应力的8-10 倍。 掘进巷道通过应力集中区时，由于地压大，围岩较破碎，致使巷道变形严重，导致掉顶甚至顶板冒落。

2 原支护方式及存在问题

原掘进工作面在通过应力集中区采用锚杆、钢筋网、喷浆联合支护。 锚杆间排距800mm×1000mm；喷浆厚度100mm。 采用锚杆、钢筋网、喷浆联合支护后，由于地压大，支架的支撑力不足以与之相抗衡，巷道变形严重，不能够满足设计的需要，影响了安全生产，巷道维修维护工作量大。 巷道在服务年限内一般要重复维修3～4 次，甚至前掘后修，造成人工和材料浪费，生产成本升高。

3 支护对策及其实施

3.1 应力集中区围岩变形特点与支护要求

巷道围岩变形区域分为松动区和压力区。 巷道围岩表层是松动区，两帮来压较大。 而压力区是传递顶板及两帮压力的区域，挤压变形的压力来自于此。 特别是深部矿压较大时，要靠支护支撑而不使围岩变形是不可能的，只能用柔性较好的结构支护，及时控制表层松动区使岩体不脱落。

软岩巷道掘出后围岩压力集中使围岩强度降低， 并逐渐使巷道两帮围岩表层松动区破裂， 导致破裂带向围岩深部发展，使松动区围岩先失去自承能力，直到冒落片帮，加大了松动区的范围。 因此要求及时对围岩实施支护，防止松动区扩大，即施工中支护要紧跟迎头，要及时护帮。

软岩巷道围岩具有膨胀性， 特别是深部矿压通过巷道两帮传递到底板，使巷道底板变形鼓起。 因此还要及时卧底，保持巷道的有效断面。

3.2 支护改革方案：永久支护

采用锚杆、 钢网、 锚索、 喷浆联合支护: 锚杆间排距800mm×800mm；锚索间排距1200mm×1600mm，自巷道中间向两帮均匀布置；喷浆厚度100mm。 当顶板破碎时采用锚网喷支护，锚杆间排距600×600mm，钢网全断面敷设。

3.2.1 支护材料

（1）锚杆及锚固剂：锚杆采用(A5)钢制成的等强度螺纹钢锚杆，直径为20mm，长度为2000mm，每根锚杆用1 块树脂锚固剂固定，锚固长度不少于500mm，锚杆外露长度为0～40mm，托盘规格为边长150×150mm，厚8mm，用钢板制成方形。 树脂锚固剂直径为20mm，每块长度为500mm，锚杆使用配套标准螺母紧固，每根锚杆锚固力≥200KN，锚杆、垫板螺母、拧紧力矩不少于140N.m， 锚杆眼深度1900㎜， 允许偏差0＜眼孔深度≤50mm。

（2）锚索：①由于在施工时,顶板向上2.5-3m 左右揭露煤层、8m 见到煤层顶板， 煤层厚度约5m， 不能满足顶板支护安全。 为加强顶板管理，确保施工安全，对锚索长度进行加长支护。 根据现场揭露地质情况，辅助水平永久避难硐室在煤2 下部，煤3 上部,煤岩层倾向西北，在开门口向里煤层有逐渐变薄，岩层逐渐变厚，根据资料推算自开门口向里8m 左右，顶板上方岩层可以达到5m 左右。 ②自开门口向里8m 左右，原有锚索支护长度5m， 锚索间排距1200mm×1600mm， 改为长度为9m～12m 锚索支护，锚索间排距不变，直到顶板岩层达到5m 左右时变更为原有支护(锚索长度5m)。

每根锚索有2 块树脂锚固剂锚固， 锚固长度1000mm，锚索用配套的索具紧固， 托盘规格为长300mm×宽300mm×厚8mm 的钢板制作。 锚索初锚力80～100KN；锚索单根锚固力大于200KN；锚索孔深5000mm，允许偏差0＜眼孔深度≤200mm；锚索外露长度：100＜外露长度＜200mm。

（3）锚网全断面敷设，固定在锚杆里。 锚网采用直径不小于6.5mm 的铁丝制作的经纬网， 网的规格为长×宽=1500×1200mm，网格规格为长×宽=100mm×100mm，压茬连接，搭接长度不小于100mm，相邻两块网之间要用12# 铁丝连接，连接点要均匀布置，间距0.2m。

采用锚杆、钢网、锚索、喷浆联合支护。 全断面用钢筋网护顶帮以减少松动区的破裂和延展，进而控制压力区的发展和围岩变形。 能使整个支护结构既有较高的强度。 能够加固允许围岩发生一定的变形，减小应力集中。

3.2.2 改进支护技术，减少巷道变形

针对巷道因受侧压大钢筋网采用直径6.5mm 的钢筋制作的经纬网，网的规格为长×宽（1500mm×1200mm），网格规格长×宽 （100mm×100mm）， 要求钢筋网， 网与网间搭茬不小于100mm，并用12# 双股铁丝进行连接，连接间距补大于200mm.对工作面进行喷浆，喷浆质量要求顶帮喷严封实，致密，喷浆后能使围岩能及时得到控制，增强围岩的整体性和稳定性，减少了巷道变形。 经现场检测，能有效地控制了巷道的变形。

采用锚杆、钢网、锚索、喷浆联合支护巷道效果明显，是比较合理的。 拱型支护中存在的问题，大多是因为支架受力不均引起的，是支护质量问题。 提高支护质量应重点解决好如下问题：一是搞好巷道成型，巷道成形好坏直接影响支护质量和巷道矿压显现的强弱。 二是提高支护的初撑力，巷道矿压显现强烈、压力大、巷道变形严重时，对巷道进行及时支护，给巷道围岩一定的支撑力，可以阻止围岩的进一步下沉、破碎。 三是锚杆锚索接触面要实，保证材料紧密接触巷道围岩，使巷道直接与围岩成面接触，受力均匀。 四是进行巷道支护质量监测。

3.2.3 加强爆破管理，合理调整爆破参数

针对应力集中区内矿压显现明显、围岩破碎，在爆破期间加强顶板管理，防止爆破时出现冒顶。 加强顶板支护：放炮前、后和喷浆前对松动的锚杆及时进行紧固；对失效的锚杆及时进行补打。 爆破后使用好前探支架及时前移， 距迎头不能大于0.8m。 因顶板煤层底板，必须合理调整爆破参数，掏槽眼和周边眼之间的距离，特别是顶眼距顶板的距离。

4 施工的几点体会

由于施工中围岩压力大，巷道易片帮，若支护不及时容易造成巷道变形成形差，因此喷浆工作必须紧跟迎头，支护质量达到规定要求。 只有喷浆工作紧跟迎头，对围岩进行封闭才能保证阻止岩膨胀风化，变形量就小。 因此迎头钻炮眼时，要掌握好两帮的炮眼角度，以保证两帮成形好并使支护安装完毕后架棚符合质量规格要求。

必须经常检查成巷巷道的支护状况， 发现有支护失效现象时，要及时进行整改。

由于巷道施工前围岩破碎， 施工中要按正规循环进行作业，放炮后及时移支前探支架，并加实背牢顶板，防止顶板冒落。

5 技术经济效益比较

通过对-613 永久避险硐室巷道在过应力集中区支护方式改革方案的实施， 解决了应力集中区巷道支护带来的困难，有效的控制了顶板冒落和片帮，避免了巷道的二次支护，确保了掘进安全生产，节约了成本，取得了显著的技术经济效益。

[1]芩传鸿.顶板灾害防治。 徐州：中国矿业大学出版社

[2]袁和生，煤炭巷道锚杆支护技术【M】北京：煤炭工业出版1997

[3]钱鸣高，石平五.矿山压力与围岩控制【M】.徐州：中国矿业大学出版社，2003

[4]李德忠，夏新川，韩家根，等.深部矿井开采技术【M】.徐州：中国矿业大学出版社，2005

[5]陈学伟，金泰等。 鲍店矿综放面沿空巷道矿压控制